基于MATLAB的捡拾装置模拟方法、装置及电子设备与流程

本发明涉及数据处理技术领域，尤其是涉及一种基于matlab的捡拾装置模拟方法、装置及电子设备。

背景技术：

随着草原改良和综合治理，对牧草收获机械的需求量会显著加大。西部大开发战略的实施、农业结构的调整及环境业的快速发展,牧草收获机更具将有广阔的发展和应用前景。捡拾压捆机是牧草收获机械的一种类型，其中弹齿滚筒式捡拾装置是它的主要工作部件，它的性能好坏直接影响到捡拾压捆机的工作性能，展开捡拾器的深入研究具有一定的意义。

如图1所示，弹齿滚筒式捡拾装置主要由支架11、悬挂轴10、侧护板9、滚筒护板8、中间轴7、滚筒盘6、滚轮5、凸轮盘4、曲柄3、管轴2和弹齿1等组成。弹齿滚筒式捡拾装置实质是一个反转后的摆动从动件凸轮机构。弹齿滚筒式捡拾装置的运动规律是凸轮盘不动，曲柄和弹齿连结点固定在滚筒上，滚筒在绕回转中心转动带动弹齿运动。

弹齿滚筒式捡拾装置捡拾作业质量主要取决于捡拾装置弹齿的运动状态和捡拾器的工作状态。捡拾率是衡量弹齿滚筒式捡拾装置工作性能的一个重要指标，在理论上它是由弹齿运动轨迹决定的，它是减小漏捡区(两个相邻弹齿轨迹的不重合区为漏捡区，如图2的阴影区域所示)、保证捡拾率的关键。

目前，我国弹齿滚筒式捡拾装置常规设计方法是采用图解法和解析法，该常规设计方法不仅繁锁，而且精度低，此外，该常规设计方法没有理论依据，局限性较大，严重制约其使用可靠性。

针对上述问题目前尚未提出有效的解决方法。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于matlab的捡拾装置模拟方法、装置及电子设备，以缓解现有技术中存在的复杂度高、精度低的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种基于matlab的捡拾装置模拟方法，应用于弹齿滚筒式捡拾装置，包括：

对弹齿滚筒式捡拾装置进行凸轮机构设计构建得到凸轮数学模型，以及对弹齿滚筒式捡拾装置进行弹齿端部运动规律设计构建得到弹齿运动数学模型；

接收弹齿滚筒式捡拾装置的凸轮机构从动件规律以及用户输入的参数信息；

利用所述凸轮数学模型根据所述凸轮机构从动件规律以及所述参数信息，计算得到凸轮运动结果；

利用所述弹齿运动数学模型根据所述凸轮机构从动件规律以及所述参数信息，计算得到弹齿端部运动结果；

将所述凸轮运动结果和所述弹齿端部运动结果进行输出。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述对弹齿弹齿滚筒式捡拾装置进行弹齿端部运动规律设计构建得到弹齿运动数学模型，具体包括：

分别通过以下运动方程计算弹齿端部位移、弹齿端部速度、弹齿端部加速度以及弹齿摆线形状：

式中，x、y—弹齿端部的水平方向位移和垂直方向位移；

vx、vy—弹齿端部的水平方向分速度和垂直方向分速度；

ax、ay—弹齿端部的水平方向加速度和垂直方向加速度；

r—滚筒半径；

l—曲柄长度；

l'—弹齿长度；

ψ0—从动件初始角；

ψ—从动件摆角；

t—时间；

γ—弹齿与曲柄夹角；

ψ'—从动件摆角对时间的一阶导数；

ψ”—从动件摆角对时间的二阶导数；

r0—凸轮基圆半径；

λ—摆线的特征参数；

r'—弹齿端部回转半径；

h'—凸轮机构最大摆角，为新凸轮设计使用。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述对弹齿弹齿滚筒式捡拾装置进行凸轮机构设计构建得到凸轮数学模型，具体包括：

基于凸轮从动件规律进行凸轮机构设计；其中，所述凸轮从动件规律包括等速运动运动规律、二次多项式运动规律、五次多项式运动规律、余弦加速度运动规律和正弦加速度运动规律。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，利用所述凸轮数学模型和所述弹齿运动数学模型对弹齿滚筒式捡拾装置进行参数优化设计。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述将所述凸轮运动结果和所述弹齿端部运动结果进行输出，具体包括：

将所述凸轮运动结果和所述弹齿端部运动结果以图形、表格或者文字信息的至少一种进行输出。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，该方法还包括：

根据凸轮运动结果中的凸轮实际曲线轮廓，生成凸轮实际轮廓点数据文件；

基于所述凸轮实际轮廓点数据文件进行凸轮轨道建模。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，该方法还包括：

利用所述凸轮数学模型和所述弹齿运动数学模型对实际使用的捡拾装置进行校验。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，该方法还包括：

判断所述参数信息是否溢出；

当所述参数信息溢出时，提示错误信息以及建议方案。

第二方面，本发明实施例还提供一种基于matlab的捡拾装置模拟装置，包括：

学习模块，用于对弹齿滚筒式捡拾装置进行凸轮机构设计构建得到凸轮数学模型，以及对弹齿滚筒式捡拾装置进行弹齿端部运动规律设计构建得到弹齿运动数学模型；

接收模块，用于接收弹齿滚筒式捡拾装置的凸轮机构从动件规律以及用户输入的参数信息；

计算模块，用于利用所述凸轮数学模型根据所述凸轮机构从动件规律以及所述参数信息进行分析，计算得到凸轮运动结果；利用所述弹齿运动数学模型根据所述凸轮机构从动件规律以及所述参数信息进行分析，计算得到弹齿端部运动结果；

输出模块，用于将所述凸轮运动结果和所述弹齿端部运动结果进行输出。

第三方面，本发明实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述第一方面所述的方法的步骤。

第四方面，本发明实施例还提供一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，所述程序代码使所述处理器执行上述第一方面所述的方法。

本发明实施例带来了以下有益效果：

在本发明实施例提供的基于matlab的捡拾装置模拟方法中，首先通过对弹齿滚筒式捡拾装置进行凸轮机构设计构建得到凸轮数学模型，以及对弹齿滚筒式捡拾装置进行弹齿端部运动规律设计构建得到弹齿运动数学模型；然后接收弹齿滚筒式捡拾装置的凸轮机构从动件规律以及用户输入的参数信息；接下来，利用上述凸轮数学模型根据上述凸轮机构从动件规律以及上述参数信息进行分析，计算得到凸轮运动结果；利用上述弹齿运动数学模型根据上述凸轮机构从动件规律以及上述参数信息进行分析，计算得到弹齿端部运动结果；最后将上述凸轮运动结果和上述弹齿端部运动结果进行输出。因此，本发明实施例提供的技术方案，通过运动学分析的基础上，建立数学模型，以缓解现有技术中存在的复杂度高、精度低的问题。该方法简单、快捷且精度高，能够精确的实现捡拾装置的模拟，提高了用户体验度，同时，该基于matlab的捡拾装置模拟方法具有理论基础，适用性强，可靠性高。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为弹齿滚筒式捡拾装置的结构示意图；

图2为弹齿滚筒式捡拾装置漏检面积的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种基于matlab的捡拾装置模拟方法的流程示意图；

图4示出了本发明实施例提供的构建数学模型时建立的坐标系参考图；

图5为本发明实施例提供的另一种基于matlab的捡拾装置模拟方法的流程示意图；

图6为本发明实施例提供的基于matlab的捡拾装置模拟装置的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。

图标：1-弹齿；2-管轴；3-曲柄；4-凸轮盘；5-滚轮；6-滚筒盘；7-中间轴；8-滚筒护板；9-侧护板；10-悬挂轴；11-支架。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前，我国弹齿滚筒式捡拾装置常规设计方法是采用图解法和解析法，该常规设计方法不仅繁锁，而且精度低，此外，该常规设计方法没有理论依据，局限性较大，严重制约其使用可靠性。基于此，本发明实施例提供的一种基于matlab的捡拾装置模拟方法、装置及电子设备，缓解现有技术中存在的复杂度高、精度低的问题。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种基于matlab的捡拾装置模拟方法进行详细介绍。

实施例一：

图3示出了本发明实施例提供的一种基于matlab的捡拾装置模拟方法的流程示意图。参照图3，该基于matlab的捡拾装置模拟方法可应用于弹齿滚筒式捡拾装置，该方法包括以下几个步骤：

步骤s101：对弹齿滚筒式捡拾装置进行凸轮机构设计构建得到凸轮数学模型，以及对弹齿弹齿滚筒式捡拾装置进行弹齿端部运动规律设计构建得到弹齿运动数学模型。

在构建数学模型时，首先建立坐标系，建立的坐标系如图4所示，图4中的坐标系建立过程为：以凸轮基圆的圆心作为坐标原点，以行进方向(vt)作为x轴的正方向，垂直x轴作y轴，将远离地面指向上的方向作为y轴的正方向。

上述对弹齿弹齿滚筒式捡拾装置进行凸轮机构设计构建得到凸轮数学模型，具体包括：

a基于凸轮从动件规律进行凸轮机构设计；其中，凸轮从动件规律包括等速运动运动规律、二次多项式运动规律、五次多项式运动规律、余弦加速度运动规律和正弦加速度运动规律。

凸轮从动件规律介绍如下：

(1)等速运动运动规律推程运动方程：

v＝hω/φ

a＝0

回程运动方程：

v＝-hω/φ'

a＝0

2)二次多项式运动规律推程加速段推程运动方程为

a＝4hω²/φ²

推程减速段推程运动方程为

a＝-4hω²/φ²

回程等加速段的运动方程为

a＝-4hω²/φ'²

回程等减速段运动方程为

a＝4hω²/φ'²

3)五次多项式运动规律推程运动方程

回程运动方程

4)余弦加速度运动规律推程运动方程

回程运动方程

5)正弦加速度运动规律推程运动方程

回程运动方程

式中，ψ—从动件摆角；v—凸轮机构角速度；a—凸轮机构角加速度；—凸轮机构转角，对应弹齿端部运动规律设计公式中的ωt；φ—凸轮机构升程角；φ'—凸轮机构回程角；ω—凸轮机构旋转角速度；h—凸轮机构最大摆角；

在图4所示的坐标系下，凸轮理论轮廓曲线上的任意点(这里设为b点)，其坐标为

式中，r表示滚筒半径，η＝1时凸轮转向为顺时针，η＝-1时凸轮转向为逆时针；δ＝1时从动件推程摆动方向为顺时针，δ＝-1时从动件推程摆动方向为逆时针；ψ为从动件摆角，对应从动件规律方程；ψ0为从动件初始角，—凸轮机构转角。

滚子从动件盘形凸轮机构凸轮实际轮廓曲线的参数方程如下：

其中，rt为滚子半径。

压力角公式：

式中，r表示滚筒半径，l—曲柄长度，表示凸轮机构转角，ψ为从动件摆角，对应从动件规律方程；ψ0为从动件初始角。

理论轮廓线上任意点(b点)的曲率半径公式如下：

式中，表示凸轮机构转角。

上述对弹齿滚筒式捡拾装置进行弹齿端部运动规律设计构建得到弹齿运动数学模型，具体包括：

b基于弹齿端部运动方程进行弹齿端部运动规律设计；其中，弹齿端部运动方程包括弹齿端部位移运动方程(1)、弹齿端部速度运动方程(2)、弹齿端部加速度运动方程(3)、摆线形状方程(5)和最大摆角计算方程(6)。

实施时，分别通过以下运动方程计算弹齿端部位移、弹齿端部速度、弹齿端部加速度、弹齿摆线形状以及凸轮机构最大摆角：

式中，x、y分别表示弹齿端部的水平方向位移和垂直方向位移；

vx、vy分别表示弹齿端部的水平方向分速度和垂直方向分速度；

ax、ay分别表示弹齿端部的水平方向加速度和垂直方向加速度；

r—滚筒半径；l—曲柄长度；l'—弹齿长度；ψ0—从动件初始角；

ψ—从动件摆角；t—时间；γ—弹齿与曲柄夹角；r'—弹齿端部回转半径；

ψ'—从动件摆角对时间的一阶导数；ψ”—从动件摆角对时间的二阶导数；

r0—凸轮基圆半径；λ—摆线的特征参数；h'—凸轮机构最大摆角，为新凸轮设计使用。

最后根据上述凸轮机构设计以及上述弹齿端部运动规律设计分别构建得到凸轮数学模型以及弹齿运动数学模型。

步骤s102：接收弹齿滚筒式捡拾装置的凸轮机构从动件规律以及用户输入的参数信息。

本实施例中，上述参数信息包括机构参数信息和工作参数信息。

其中，上述机构参数信息包括但不限于摆杆最大转角，升程运动角，远程休止角，回程运动角，弹齿数目、回转中心距地面高度、滚筒半径、曲柄长度、弹齿长度、曲柄与弹齿夹角、凸轮基圆半径、滚子半径、固定工作长度等。需要说明的是，摆杆与弹齿构成三角形，摆杆变化带动弹齿变化。

上述弹齿滚筒式捡拾装置的凸轮机构从动件规律可以由用户选择，当用户未输入时，凸轮机构从动件规律默认为等速运动规律，上述工作参数信息包括机器前进速度、滚筒转速。这里需要说明的是，机器前进速度或者滚筒转速可以是任意输入的数值，也可以是上限值和下限值两个数值，还可以是一个预设的工作范围。

上述凸轮机构从动件运动规律信息包括等速运动运动规律、二次多项式(等加速等减速)运动规律、五次多项式运动规律、余弦加速度(简谐)运动规律、正弦加速度(摆线)运动规律。

步骤s103：利用上述凸轮数学模型根据上述凸轮机构从动件规律以及上述参数信息，计算得到凸轮运动结果。

其中，上述凸轮运动结果包括凸轮位移、凸轮速度、凸轮加速度、凸轮理论曲线轮廓、凸轮实际曲线轮廓、压力角以及曲率半径的至少一种。

具体的，利用上述凸轮数学模型根据上述凸轮机构从动件规律以及上述参数信息进行分析，例如根据用户输入的参数信息提取相对应的运动学公式以及公式中所需要的参数信息，计算得到凸轮运动结果。

步骤s104：利用上述弹齿运动数学模型根据上述凸轮机构从动件规律以及上述参数信息进行分析，计算得到弹齿端部运动结果。

其中，上述弹齿端部运动结果包括：弹齿端部位移、弹齿端部速度、弹齿端部加速度、弹齿摆线形状以及漏捡面积的至少一种。

具体的，基于用户输入的参数信息以及选择的凸轮机构从动件规律，利用上述弹齿运动数学模型提取相对应的运动学公式以及运算需要的参数信息，从而计算得到弹齿端部运动结果。

步骤s105：将上述凸轮运动结果和上述弹齿端部运动结果进行输出。

具体的，将上述计算得到的凸轮运动结果弹齿端部运动结果以图形、表格或者文字信息的至少一种进行输出，展示给用户，改善用户体验度。输出的结果还可以包括从图表中得到的最大摆角(°，度)、最大压力角(°，度)、最大滚子半径(m，米)、弹齿端部回转半径范围(m，米)、余摆线大小、弹齿运动到最低点与回转中心间的距离(m，米)、单周期漏检区面积(m²，平方米)、漏捡区高度(m，米)、漏捡区高与底的比、固定工作长度下的漏检面积(m²，平方米)等具体数值信息。简明直观，提高用户体验度。

本发明实施例提供的基于matlab的捡拾装置模拟方法，首先通过对弹齿滚筒式捡拾装置进行凸轮机构设计构建得到凸轮数学模型，以及对弹齿滚筒式捡拾装置进行弹齿端部运动规律设计构建得到弹齿运动数学模型；然后接收弹齿滚筒式捡拾装置的凸轮机构从动件规律以及用户输入的参数信息；接下来，利用上述凸轮数学模型根据上述凸轮机构从动件规律以及上述参数信息进行分析，计算得到凸轮运动结果；利用上述弹齿运动数学模型根据上述凸轮机构从动件规律以及上述参数信息进行分析，计算得到弹齿端部运动结果；最后将上述凸轮运动结果和上述弹齿端部运动结果进行输出。因此，本发明实施例提供的技术方案，通过运动学分析的基础上，建立数学模型，并应用matlab软件进行编程，并向用户展示gui界面；上述gui界面包括参数输入区和绘制图形区以及输出结果区；接收用户输入的参数以及选择的从动件运动规律，利用构建的数学模型进行分析求解，生成结果并将生成的结果输出，缓解现有技术中存在的复杂度高、精度低的问题。该方法简单、快捷，能够精确的实现捡拾装置的模拟，提高了用户体验度，同时，该基于matlab的捡拾装置模拟方法具有理论基础，适用性强，可靠性高。

考虑用户在进行模拟时，可能出现误操作(例如输入数据时错误)的情况，为了使数学模型更加贴近实际需求，提高系统可靠性，改善用户满意度。

进一步的是，该方法还包括：根据所收获物料的捡拾装置的边界条件纳入凸轮数学模型以及弹齿运动数学模型中。其中，上述边界条件包括机构边界条件和收获边界条件，机构边界条件包括凸轮机构设计边界条件，收获边界条件包括机器性能的边界条件和收获物料的边界条件，根据机器性能的边界条件和收获物料的边界条件确定弹齿设计边界条件。

上述凸轮机构设计边界条件包括但不限于：

(1)滚子在凸轮盘上，由随意一条边大于另两条的差且小于另两条的和进行判断。

(2)为保证运动不失真，滚子最大设计半径应小于最小曲率半径。

上述弹齿设计边界条件包括但不限于弹齿速度设计边界条件。以收获物料为牧草的捡拾装置的弹齿速度设计边界条件为例进行说明：弹齿绝对速度小于3m/s，弹齿抛送牧草的瞬时水平速度尽可能为0。另以牧草捡拾器为例，弹齿运动到最低点时弹齿据地高度应控制在5cm～15cm。(注：jb/t5160-2010规定是留茬高度为5cm～15cm)。

进一步的是，该方法还包括建模步骤。

具体的，该建模步骤通过以下步骤实现：首先根据凸轮运动结果中的凸轮实际曲线轮廓，生成凸轮实际轮廓点数据文件；然后基于上述凸轮实际轮廓点数据文件进行凸轮轨道建模。

进一步的，该方法还包括：判断上述参数信息是否溢出。

其中，溢出包括用户输入的参数信息不在预设的参数范围内或者参数信息中的某些参数不符合边界条件。

当上述参数信息溢出时，提示错误信息以及建议方案。

其中，常见错误信息以及建议方案如下：

1.1.错误信息：曲柄杆太短，滚子未接触凸轮

建议方案：请增加曲柄杆的长度或增大基圆。

1.2.滚子半径选择不当，运动失真

请减小滚子半径。

1.3.虽能运动不失真，但不满足设计要求

请减小滚子半径。

1.4.非正常工作

请增大滚筒转速或减小机器前进速度。

1.5.绝对速度大于3m/s，会大概率打落苜蓿花叶

请减小滚筒转速或减小机器前进速度。

1.6.弹齿会碰到地面

请增大回转中心距地面的绝对高度，因回转中心到地面是沿y轴负方向运动，也就是说减小回转中心距地面的高度就可以，例如将回转中心距地面的高度由-0.3变成-0.35。

实施例二：

如图5所示，在实施例一的基础上，本发明实施例提供了另一种基于matlab的捡拾装置模拟方法，应用于弹齿滚筒式捡拾装置，该基于matlab的捡拾装置模拟方法包括：

步骤s201：利用上述凸轮数学模型和上述弹齿运动数学模型对弹齿滚筒式捡拾装置进行参数优化设计。

这里的凸轮数学模型和弹齿运动数学模型包含边界条件。

该步骤s201具体通过以下步骤实现：

(1)接收用户输入的摆线形状的大小(即摆线的特征参数λ)、准备设计的弹齿长度、滚筒半径、设计工作参数以及第一机构参数，并接收用户选取的凸轮机构从动件规律，获得弹齿端部位移、弹齿端部速度、弹齿端部加速度运动结果、理论漏检面积以及凸轮实际曲线轮廓，并根据凸轮实际曲线轮廓生成凸轮实际轮廓点数据文件。

这里的设计工作参数是指最大工作参数(可以通过用户经验获取，也可以根据压捆机的性能获知)；上述第一机构参数包括升程运动角，远程休止角，回程运动角，弹齿数目、回转中心距地面高度、滚筒半径、曲柄长度、弹齿长度、曲柄与弹齿(或者摆杆)夹角、凸轮基圆半径、滚子半径、固定工作长度和凸轮轨道壁厚，但不包括最大摆角(即摆线形状的大小)。

具体的，首先确定收获物料的最佳摆线形状(可以获知摆线形状的大小)和准备设计的弹齿长度(可根据所收获物料捡拾器的国家标准，如牧草捡拾器jb/t5160-1991)、滚筒半径和设计工作参数，一种确定方式为：由用户查阅文献资料进行确定，即用户可以根据田间条件(收获物料、地质环境等条件)确定收获物料的最佳摆线形状的大小(比如牧草要求是1.2到1.5)以及待设计的弹齿长度、滚筒半径以及设计工作参数；另一种确定方式为：通过接入外部数据库或者网页等进行爬取获得上述参数；本实施例中不做限定。

然后将摆线形状的大小与理想工作参数或最大工作参数输入基于matlab编程的系统提供的gui界面，并可以编辑(修改)gui界面里的除滚筒半径、弹齿长度、曲柄长度和曲柄与弹齿间的夹角外的其他机构参数，例如修改凸轮升程角，远休角，回程角，基圆半径，滚子半径，槽宽等；运行可获得捡拾装置各阶段运动状态和理论漏捡面积(即利用凸轮数学模型和弹齿运动数学模型进行分析，计算得到凸轮运动结果中的凸轮实际曲线轮廓、弹齿端部位移、弹齿端部速度、弹齿端部加速度运动结果(即弹齿各阶段运动状态)以及理论漏检面积，凸轮实际轮廓点数据文件。同时，根据凸轮实际曲线轮廓生成凸轮实际轮廓点数据文件，并保存该凸轮实际轮廓点数据文件。

(2)接收用户输入的第二机构参数和待设计的工作参数范围和工作距离(即固定工作长度)，利用凸轮数学模型和上述弹齿运动数学模型进行分析，获得弹齿端部的最高线速度、弹齿端部的最高加速度、摆线形状的特征参数、单个漏捡区面积和固定工作长度下的漏捡面积。

这里的固定工作长度下的漏捡面积是指考虑滚筒中心据地高度固定工作长度下的漏捡面积；上述第二机构参数包括摆杆最大转角、升程运动角，远程休止角，回程运动角，弹齿数目、回转中心距地面高度、滚筒半径、曲柄长度、弹齿长度、曲柄与弹齿(或者摆杆)夹角、凸轮基圆半径、滚子半径和固定工作长度。

具体实现时，用户根据田间条件和所设计机器(也可以是实际使用的机器)的性能参数确定工作参数(前进速度和滚筒转速)范围和工作距离，再由逆向工程获得捡拾器的机构参数(第二机构参数)，当然，也可以由用户确定，然后将得到的上述机构参数、工作参数(前进速度和滚筒转速)范围和工作距离输入，利用凸轮数学模型和上述弹齿运动数学模型进行分析，运行获得捡拾装置弹齿端部的最高线速度、弹齿端部的最高加速度、摆线形状的特征参数λ、单个漏捡区面积和考虑滚筒中心据地高度固定工作长度下的漏捡面积，并生成对应的5个excel文件。

(3)对弹齿端部的最高线速度文件(这里命名为弹齿端部的最高线速度.xls)和“摆线形状的特征参数文件(命名为摆线大小.xls)进行分析，以捡拾过程中收获物料破碎小的绝对速度边界值，确定工作参数边界值；以采用的摆线范围(可以通过查阅文献得到)，缩小工作参数边界值，获得弹齿滚筒式捡拾装置的应用工作参数。

(4)对固定工作长度下的漏捡面积文件(命名为固定工作长度下的漏捡面积.xls)进行分析，获取以漏捡区面积最小为目标工作参数间最佳匹配关系，工作参数间的最佳匹配关系可为智能控制做准备；

通过步骤(3)、(4)可获得弹齿滚筒式捡拾装置的应用工作参数和以遗漏率最小为目标捡拾器工作参数间最佳匹配关系。

(5)重复步骤(1)-(4)，获得理想机构参数。

该理想机构参数是指性能高(前进速度快)且遗漏率低(漏捡区面积小)为目标对应的机构参数。

(6)使用理想机构参数，重复步骤(1)，以得到理想机构参数下的凸轮实际轮廓点数据文件。

进一步的，该步骤s201还可以包括：

(7)将凸轮实际轮廓点数据文件导入三维软件进行凸轮轨道建模，并对其他凸轮盘进行仿形完成新凸轮盘的建模。

考虑到目前有些收获机械里的弹齿滚筒式捡拾装置中滚筒中心据地高度可调，凸轮盘更换也方便，对凸轮盘的更换就是对凸轮轨道的更换，因此通过该方法还可以通过校验步骤s202实现一机多用。

步骤s202：利用上述凸轮数学模型和上述弹齿运动数学模型对实际使用的捡拾装置进行校验。

这里的凸轮数学模型和弹齿运动数学模型包含边界条件。

具体实施时，该步骤s202通过以下步骤执行：

(1)接收用户输入的凸轮机构从动件规律以及实际使用的捡拾装置的机构参数以及实际使用的捡拾装置的工作参数范围中的任一值，获得弹齿各阶段运动状态和理论漏捡面积。

首先确定凸轮机构从动件规律和所用机器的捡拾装置(即实际使用的捡拾装置)的机构参数，该实际使用的捡拾装置的机构参数可以通过测量或逆向工程获得，所用机器的工作参数范围可以通过查询获得；例如通过最佳摆线形状以及最大工作参数通过逆向工程获得机构参数。

然后将机构参数和工作参数(前进速度工作范围内以及滚筒转速工作范围内各选一值)输入，获得弹齿各阶段运动状态和理论漏捡面积。

需要说明的是，本实施例中，前进速度和滚筒转速采用四舍五入取整的方式，且最低值(下限值)到最高值(上限值)的工作参数范围内的步进值为1。

(2)接收用户输入的工作参数(机器前进速度和滚筒转速)的上下限值，获得弹齿端部的最高线速度、弹齿端部的最高加速度、摆线形状的特征参数λ(摆线形状的大小)、单个漏捡区面积和考虑滚筒中心据地高度固定工作长度下的漏捡面积，并生成对应的5个excel文件。

(3)对“弹齿端部的最高线速度.xls”和“摆线大小.xls”进行分析，以捡拾过程中收获物种破碎小的绝对速度边界值，确定工作参数边界值；以采用的摆线范围(查阅文献)，缩小工作参数边界值，获得弹齿滚筒式捡拾装置的应用工作参数。

(4)对“固定工作长度下的漏捡面积.xls”进行分析，找出以漏捡区面积最小为目标工作参数间最佳匹配关系，工作参数间的最佳匹配关系可为智能控制做准备。

(5)当实际使用的捡拾装置不能满足工作要求(例如实际机器前进速度大于应用前进速度最大值时)，进行新凸轮轨道设计。

首先确定收获物料的最佳摆线形状，然后输入摆线大小与理想工作参数或最大工作参数获得最大摆角，再把其他参数(测量和逆向工程)输入，运行就可以获得弹齿各阶段运动状态和理论漏捡面积，并保存凸轮实际轮廓点数据文件。

(6)通过三维软件的凸轮实际轮廓点数据文件导入进行凸轮轨道建模，并对原凸轮盘进行仿形完成新凸轮盘的建模；

(7)加工新凸轮盘，并对弹齿滚筒式捡拾装置中原凸轮盘进行更换，更换完成后调整滚筒中心据地高度(使弹齿运动到的最低点到地面的高度在合理范围)；

(8)重复步骤(2)-(4)，以获得新的应用工作参数和新的最佳工作参数。

为了描述简洁，该步骤s202未说明之处，具体可参见步骤s201。

进一步的是，本实施例中的机构参数可以根据实验结果预设为固定值，例如，弹齿数目(即弹齿杆数量z)为5，曲柄与摆杆夹角为63°，摆杆最大转角为90°，升程运动角110°，远程休止角130°，回程运动角120°等，具体可以参见表1。

表1凸轮机构结构参数

实施例三：

图6示出了本发明实施例提供的基于matlab的捡拾装置模拟装置的结构示意图，参照图6，该基于matlab的捡拾装置模拟装置包括：

学习模块200，用于对弹齿滚筒式捡拾装置进行凸轮机构设计构建得到凸轮数学模型，以及对弹齿滚筒式捡拾装置进行弹齿端部运动规律设计构建得到弹齿运动数学模型。

接收模块300，用于接收弹齿滚筒式捡拾装置的凸轮机构从动件规律以及用户输入的参数信息；

计算模块400，用于利用上述凸轮数学模型根据上述凸轮机构从动件规律以及上述参数信息进行分析，计算得到凸轮运动结果；利用上述弹齿运动数学模型根据上述凸轮机构从动件规律以及上述参数信息进行分析，计算得到弹齿端部运动结果；

输出模块500，用于将上述凸轮运动结果和上述弹齿端部运动结果进行输出。

进一步的是，该装置还包括：

建模模块600，用于根据凸轮运动结果中的凸轮实际曲线轮廓，生成凸轮实际轮廓点数据文件；基于上述凸轮实际轮廓点数据文件进行凸轮轨道建模。

进一步的，该装置还包括：

设计模块700，用于利用上述凸轮数学模型和上述弹齿运动数学模型对弹齿滚筒式捡拾装置进行参数优化设计。

校验模块800，用于利用上述凸轮数学模型和上述弹齿运动数学模型对实际使用的捡拾装置进行校验。

实施例三：

参见图7，本发明实施例还提供一种电子设备100，包括：处理器40，存储器41，总线42和通信接口43，所述处理器40、通信接口43和存储器41通过总线42连接；处理器40用于执行存储器41中存储的可执行模块，例如计算机程序。

其中，存储器41可能包含高速随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatilememory)，例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个通信接口43(可以是有线或者无线)实现该系统网元与至少一个其他网元之间的通信连接，可以使用互联网，广域网，本地网，城域网等。

总线42可以是isa总线、pci总线或eisa总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图7中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

其中，存储器41用于存储程序，所述处理器40在接收到执行指令后，执行所述程序，前述本发明实施例任一实施例揭示的流过程定义的装置所执行的方法可以应用于处理器40中，或者由处理器40实现。

处理器40可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器40中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器40可以是通用处理器，包括中央处理器(centralprocessingunit，简称cpu)、网络处理器(networkprocessor，简称np)等；还可以是数字信号处理器(digitalsignalprocessing，简称dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，简称asic)、现成可编程门阵列(field-programmablegatearray，简称fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器41，处理器40读取存储器41中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。

本发明实施例提供的基于matlab的捡拾装置模拟装置及电子设备，与上述实施例提供的基于matlab的捡拾装置模拟方法具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

本发明实施例所提供的进行基于matlab的捡拾装置模拟方法的计算机程序产品，包括存储了处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置及电子设备的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。